Archeologen leren over het verleden door artefacten uit de materiële cultuur samen te voegen:de gereedschappen, kunstwerken en architectuur achtergelaten die ons vertellen hoe oude mensen leefden. Maar stel je voor dat je hun DNA kunt bestuderen, om te leren hoe verschillende groepen mensen met elkaar in verband stonden, waar ze vandaan kwamen of zelfs wat voor soort ziekten ze hadden?

Het concept van het herstellen van DNA uit oude botten, vooral die van mensen en onze evolutionaire verwanten, is nog relatief nieuw. Onderzoekers kunnen het genoom van hedendaagse populaties van mensen bestuderen en dingen over het verleden extrapoleren door ze te vergelijken met genomen van andere groepen. Bijvoorbeeld, als het genoom van een groep een bepaald percentage verschilt van een nauw verwante groep, wetenschappers zouden achteruit kunnen werken om te berekenen hoe lang geleden de twee groepen uit elkaar gingen, weten hoe lang het gemiddeld duurt voor mutaties, of willekeurige veranderingen in genen, accumuleren.

Maar deze benadering vereist veel aannames over de snelheid van genetische verandering en hoe deze groepen werkelijk leefden en met elkaar omgingen. Asst. Prof. Maanasa Raghavan, een geneticus die onlangs lid werd van de faculteit van de Universiteit van Chicago om een ​​oud DNA-lab te bouwen, wil enkele van deze aannames en modellen verfijnen door rechtstreeks naar de bron te gaan.

"Nu hebben we de tools waarmee we hele genomen kunnen extraheren en rechtstreeks uit de skeletresten van oude individuen kunnen halen, " zei ze. "Het is als een tijdcapsule uit de tijd dat deze mensen leefden. Plots hebben we een ankerpunt in het verleden, zodat je niets meer hoeft aan te nemen."

Het kunnen sequensen van oud DNA biedt een momentopname van die mensen op een specifiek tijdstip. Het extraheren van dit DNA begint met het vinden van de juiste soorten botten, zoals tanden of de kleine, dichte botten van het binnenoor (petrousbeen), die genoeg DNA binnenin behouden. Onderzoekers vermalen vervolgens een sectie of boren in het bot en bereiden het resulterende poeder voor op DNA-extractie en sequencing. Het is een delicaat, zorgvuldig gecontroleerd proces. Raghavan's nieuwe lab bevindt zich in de onderkelder van het Gordon Center for Integrative Science, doelbewust gescheiden van andere genetische laboratoria om besmetting van de monsters met modern DNA te voorkomen.

Er zijn nu verschillende oude DNA-laboratoria over de hele wereld, en hoe meer monsters Raghavan en haar collega's kunnen analyseren op een ethische, geïnformeerde en duurzame wijze, het beeld met een hogere resolutie dat ze kunnen creëren over hoe individuen en populaties zich in de loop van de tijd hebben ontwikkeld. Ze kunnen dan lagen in wat we weten uit andere gebieden zoals antropologie, archeologie, taalkunde en ecologie om te zien wat culturele praktijken, bevolkingsbewegingen en vermenging, en veranderingen in de omgeving hadden op de menselijke genetische geschiedenis.

Bijvoorbeeld, een van Raghavans eerste projecten is het analyseren van oude DNA-monsters uit Zuid-Azië. Dit werk wordt gedaan in nauwe samenwerking met Indiase onderzoekers en archeologen. De regio is onvoldoende bestudeerd omdat DNA over het algemeen niet goed bewaard blijft in tropische omgevingen. Maar naarmate de instrumenten voor bemonstering en genetische sequencing zijn verbeterd, onderzoekers kunnen steeds meer bruikbare oude biologische materialen vinden.

Zuid-Aziatische culturen hebben een geschiedenis van kastenstelsels en gemengde huwelijken tussen naaste familieleden, wat leidt tot een hoger aantal ziekten veroorzaakt door mutaties in recessieve genen. Door oud DNA te bestuderen van mensen die op verschillende tijdstippen leefden, Raghavan en haar team kunnen de oude genomische gegevens vergelijken met moderne monsters en afleiden hoeveel gemengde huwelijken er in het verleden plaatsvonden. en welke effecten het in de loop van de tijd kan hebben gehad op de ziektecijfers.

Hetzelfde, ze kunnen oude gegevens gebruiken om te begrijpen hoe verschillende populaties mensen vatbaarder worden voor bepaalde ziekten. Als genomische gegevens van moderne mensen ons laten zien dat specifieke genetische veranderingen mensen vatbaar maken voor bepaalde ziekten, ze kunnen dezelfde veranderingen in het oude DNA zoeken om te zien wanneer en hoe deze vatbaarheid is geëvolueerd.

De groep van Raghavan werkt ook aan projecten om de geschiedenis van de menselijke bevolking van Amerika te reconstrueren. Een focusgebied is Chili, waar leden van de groep oud menselijk DNA uit vroegere culturen zullen bestuderen om te begrijpen of culturele evolutie gecorreleerd is met menselijke genetica. Bijvoorbeeld, gingen nieuwe culturen gepaard met nieuwe mensen die naar de regio migreerden en nieuwe levensstijlen en technologie met zich meebrachten? Hoe werkten deze verschillende populaties samen, als al, en droegen ze genen bij aan de huidige populaties die in deze regio van Zuid-Amerika wonen?

Raghavan zei dat dit soort speurwerk helpt om een ​​beter begrip te krijgen van hoe de huidige bevolking is gestructureerd. Bepaalde bevolkingsgroepen vormen subgroepen omdat mensen de neiging hebben te trouwen en zich voort te planten binnen dezelfde groepen of culturen. Overuren, hierdoor ontstaan ​​er verschillen in het genoom, wat kan betekenen dat de ene groep vatbaarder is voor ziekten (of beschermd is tegen verschillende ziekten) dan de andere. Deze fijne verschillen kunnen een groot verschil maken bij het ontwerpen van genoombrede associatiestudies die verschillende populaties vergelijken en zoeken naar genetische veranderingen die de ziekte kunnen verklaren.

Door in het verleden te kijken, Raghavan wil de oorsprong van ziekten leren. Opnieuw, lessen uit andere gebieden van menselijke studie toepassen:was er iets in de omgeving dat oude mensen vatbaar maakte voor ziekten? Of was er een dramatische verandering in hun levensstijl?

"Met de mogelijkheid om DNA uit het verleden te halen, we kunnen daadwerkelijk direct gaan kijken naar veranderingen in het genoom in de loop van de tijd en deze correleren met veranderingen in de omgeving of levensstijl in het verleden, " zei Raghavan. "We kunnen beter beginnen met het samenvoegen van niet alleen hoe mensen evolueerden, maar hoe ze evolueerden binnen de omgeving waarin ze leefden in een bepaalde periode en hoe dat de geschiedenis van ziekte bij onze soort beïnvloedde."